Методичка электромагнитные переходные процессы. В. Я. Горячев Электромагнитные
 Скачать 1.72 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ПГУ)  В. Я. Горячев Электромагнитные переходные процессы Лабораторный практикум Пенза Издательство ПГУ 2  009УДК 621.311.014.3 Г67 Рецензенты: НТС научно-исследовательского института вычислительной техники; кандидат технических наук, главный инженер филиала ОАО «МРСК Волги» «Пензаэнерго» М. А. Кожевников Горячев, В. Я. Г67 Электромагнитные переходные процессы : лабораторный практикум / В. Я. Горячев. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2009. – 52 с. Излагается методика исследования электроэнергетических систем, работающих в переходных режимах, вызванных сильными воздействиями. Для исследования электромагнитных переходных процессов использовано компьютерное моделирование энергосистем в среде MatLAB. Представлены методика исследования и справочные материалы по параметрам элементов электрических систем. Лабораторный практикум подготовлен на кафедре «Автоматизированные электроэнергетические системы» и предназначен для студентов специальности 140205 «Электроэнергетические системы и сети». УДК 621.311.014.3 ©ГОУВПО «Пензенский государственный  университет», 2009Введение Все системы производства и распределения электрической энергии работают в различных режимах. В самом общем случае устойчивого режима работы в таких системах никогда не встречается, так как в любой момент времени уровень потребления энергии может измениться. Это вызывает перераспределение потоков мощности. Однако в большинстве случаев изменение в системе не носит спонтанного характера, поэтому такие режимы работы относят к устойчивым режимам. Среди нормальных режимов работы выделяются случаи кратковременных воздействий на систему, вызывающих всплеск токов потребителей, которые превышают номинальные значения трансформаторов, кабелей, ЛЭП, выключателей и других устройств систем распределения электрической энергии. Анализ таких режимов работы вызывает особый интерес, так как аппараты коммутации и передачи электрической энергии должны предусматривать прохождение таких токов. Наибольшие проблемы создаются аварийными ситуациями, вызванными нарушением электрической прочности изоляции. Факторов, приводящих, в конечном счете, к коротким замыканиям, достаточно много. Но короткие замыкания являются причиной резких всплесков токов, которые приводят к выходу из строя систем электроснабжения при их длительном воздействии. Длительность аварийного режима работы зависит от времени срабатывания защиты энергосистем, в результате срабатывания которой отключается аварийный участок для предотвращения его влияния на всю энергосистему. К аварийным ситуациям относятся и нарушения, вызванные обрывами проводов или значительными асимметриями трехфазной системы. Такие отклонения могут также привести к выходу из строя элементов энергосистем. Для выбора аппаратуры защиты всех элементов энергосистем при их проектировании необходимо уметь прогнозировать возможные нарушения нормального режима работы. В настоящее время используется давно устоявшийся метод анализа аварийных режимов работы, базирующийся на упрощении расчетов, связанных с идеализацией параметров элементов систем. С другой стороны, в значительной степени искусственно упрощается и структура самой анализируемой системы путем замены группы потребителей одним эквивалентным потребителем. Такое упрощение вызвано сложностью расчетов. С внедрением вычислительной техники математические вычисления могут быть выполнены с помощью персональных компьютеров. Но использование математических сред требует составления программ вычислений по традиционным формулам, поэтому такой подход к решению задач проектирования просто неэффективен. Лучшим решением проблемы в настоящее время является использование специальных компьютерных программ, позволяющих моделировать системы энергоснабжения. Такие программы предусматривают использование блоков, моделирующих основные элементы энергосистем, из которых составляется модель системы. При этом математическая база построения таких блоков предусматривает наибольшее приближение модели к реальной конструкции и учитывает практически все параметры элементов. Хорошие результаты дает использование компьютерных моделей в учебном процессе. Исследование систем производства и распределения электрической энергии путем компьютерного моделирования позволяет подготовить студентов к применению компьютерной технологии в дальнейшей работе. С другой стороны, компьютерное моделирование позволяет без дополнительных затрат изучить и понять большинство явлений в электроэнергетических сетях. Настоящий лабораторный практикум позволяет исследовать реакцию энергетических цепей на наиболее распространенные в реальных условиях воздействия. Практикум включает в себя шесть лабораторных работ, по основным темам курса «Электромагнитные переходные процессы». По желанию преподавателей количество тем можно расширить, так как после проведения шести лабораторных работ студенты приобретают навыки самостоятельного составления моделей для исследования различных режимов работы энергетических цепей. Содержание лабораторного практикума рассчитано на 17-недельный семестр. Однако темы и объем каждого исследования могут быть изменены по желанию преподавателя. А  втор благодарит коллектив кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» Пензенского государственного университета и студентов, принявших участие в разработке моделей электроэнергетических систем в среде MatLAB. Лабораторная работа № 1 Исследование работы простейшей системы передачи электрической энергии в режиме трехфазного короткого замыкания Цель работы: освоение методики определения токов короткого замыкания в электроэнергетических системах путем моделирования в среде MatLAB. 1.1 Рабочее задание 1.1.1 Подготовка к лабораторной работе Подготовка к лабораторной работе предполагает: – Используя рекомендованные для курса учебники, материал лекций и вспомогательной литературы, изучить теоретические основы вычисления токов короткого замыкания в системах передачи электрической энергии. – По заданным в табл. 1.1 номинальным значениям напряжений источника, линии, напряжения нагрузки и ее мощности выбрать типы трансформаторов и линии электропередач простейшей системы, схема которой представлена на рис. 1.1. Примечание. Схема составлена с учетом предположения, что источником электрической энергии для системы является генератор бесконечно большой мощности. В представленной модели генератор заменен сетью Net. – Составить схему замещения простейшей цепи. Рекомендуется привести параметры элементов системы к линии электропередачи.  Рис. 1.1 Таблица 1.1
– Используя традиционные методы расчета электрических цепей, вычислить токи короткого замыкания входной и выходной обмоток первого трансформатора при трехфазном коротком замыкании на шинах первичной и вторичной обмоток второго трансформатора. – На основании паспортных данных элементов системы и предыдущих вычислений рассчитать параметры элементов для использования при моделировании. Следует обратить внимание на то, что в модели используются параметры элементов в абсолютных и относительных единицах. Методика вычислений параметров представлена в учебниках и в методическом пособии «Справочник элементов энергосистем среды MatLAB». На рис. 1.2 представлена модель простейшей системы передачи электрической энергии  Рис. 1.2 |